Новые технологии производства оздоровленного исходного материала в элитном семеноводстве картофеля
Добавил пользователь Валентин П. Обновлено: 21.09.2024
Федеральное государственное бюджетное учреждение
РОССИЙСКИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЦЕНТР
О технологии производства безвирусного семенного картофеля
Производство семенного картофеля – задача важная и ответственная. Ведь от нескольких небольших клубней зависит то, каким будет урожай с нескольких тысяч гектаров полей. Поэтому и подход к выращиванию семенного картофеля особый, тщательный и – не удивляйтесь! – научный. Современная биология способна изучать и влиять на растения на клеточном уровне. Это открывает широкие перспективы для использования потенциальных возможностей. В Прибайкалье высокие технологии в семеноводстве используются повсеместно, но сегодня поговорим о том, как выращивают семенной картофель и делают его устойчивым к болезням, вредителям и вирусам.
Выросшие из меристемы растения проверяют на вирусы. Для этого существует метод полимеразной цепной реакции (ПЦР) - он позволяет много раз копировать определённый участок ДНК растения при помощи ферментов в искусственных условиях. Этот способ появился ещё в прошлом веке и помог людям вылечить многие растения. Потом подходящий, здоровый материал разделяют на отдельные черенки в стерильных условия ламинар-боксов. Черенки выращиваются в пробирках с питательной средой при специальном освещении на стеллажах.
Осенью из теплиц собирают тепличные миниклубни (ТМК). И снова устраивают полный анализ методом ПЦР в аккредитованной лаборатории. Полученные из лаборатории протоколы испытания ТМК - первичный документ, подтверждающий качество семенного материала. Кроме того, он служит основой для последующей сертификации.
Выращивание супер-суперэлиты производится на изолированном участке с использованием специальной техники. Ботва удаляется до 10-15 августа, что предотвращает заражение растений, хотя и снижает количество убранных тонн. Производство семенного картофеля репродукций суперэлита и элита производится на арендованных полевых участках в рамках специальных соглашений с партнерами из РТ.
Получено клубней поколения ПП-1: сорт Зекура – 671 кг. Клубней всех фракций, в среднем от одного клубня – 215 гр. Сорт Ред Скарлетт – 907 кг. клубней всех фракций, в среднем от одного клубня – 224 гр. Всего получено клубней поколения ПП-1 – 1578 кг.
Одним из главных факторов, гарантирующих достижение потенциально возможного урожая картофеля в любых почвенно-климатических условиях, является высококачественный, свободный от вирусной и бактериальной инфекции посадочный материал 2. Растения, содержащие патологии различного происхождения, в своем урожае образуют клубни низкого качества (по содержанию сухого вещества, крахмала, витаминов), а также существенно (на 1980%) снижают урожайность. В таком материале количество крахмала может уменьшиться на 3-5%, а содержание витаминов — в 2-3 раза 6.
В последние годы большое значение приобрела культура in vitro и для поддерживающей селекции картофеля. Создание банка здоровых сортов позволяет вовлечь в селекционный процесс родительские формы, свободные от вирусов, бактерий и грибов, и получать в результате скрещивания новые генотипы с высокими качественными характеристиками.
Одной из важнейших задач интенсивного семеноводства картофеля является ускоренное размножение оздоровленных клубней. В модульной технологии ускоренного размножения семенного картофеля сочетаются два взаимозависимых компонента современного семеноводства — освобождение клубней от инфекции и размножение полученного высококачественного материала с минимально возможным накоплением патогенов. Она может включать как все модули, так и часть из них.
Модуль I. Оздоровление исходного материала, размножение in vitro, получение меристемных пробирочных растений, получение мини-клубней.
Модуль II. Размножение оздоровленного материала на основе микроспорофита, а также управления процессом роста апикальной меристемы этиолированных побегов (патенты РФ №№ 2261587, 2365089 и 2415558).
Модуль III. Получение клубней с использованием ярусного способа размножения (оформлена заявка на изобретение).
Модуль IV. Использование агротехнических приемов для увеличения коэффициента размножения семенного материала в производственных условиях.
Основные принципы работы при поддержании банка здоровых сортов картофеля в полевой культуре и in vitro
В современной классификации семенного картофеля к категории исходного материала относится картофель, освобожденный от вирусной и других инфекций методами биотехнологии и клонового отбора. Применение биотехнологического метода заключается в использовании лабораторного способа оздоровления перспективных сортов и гибридов картофеля, получении новых линий in vitro и их ускоренном микрокло- нальном размножении. Преимущества данного метода по сравнению с традиционным клоновым отбором состоит в сокращении периода получения здоровых линий, их ускоренном микроклональном размножении в искусственных лабораторных условиях и производства необходимого количества мини-клубней. Однако применение исключительно биотехнологического метода, по мнению ряда исследователей, может привести к проявлению различных модификаций и соответственно сказаться на сортовой чистоте производимого семенного материала. Метаморфозы могут проявиться как при оздоровлении сортов, так и в результате их длительного депонирования in vitro.
Технологический процесс введения в культуру in vitro основан на применении метода ростовых черенков (рис.1). Подготовку образцов к введению в культуру начинают по мере прорастания клубней. Проросшие клубни нумеруют и индивидуально тестируют на наличие вирусной инфекции методом им- муноферментного анализа (ИФА). Клубни, свободные от фитопатогенной инфекции, размещают в темноте для получения этиолированных ростков. К черенкованию приступают при достижении ростков длиной не менее 10-20 см. Снятые с каждого клубня ростки индивидуально стерилизуют, в асептических условиях разрезают на черенки и размещают в пробирки с питательной средой.
Рис.1. Применение метода ростовых черенков при введении новых линий в культуру ткани
Через 20-30 дней после введения в культуру ткани формируются растения с 5-6 листочками. При использовании метода ростковых черенков с одного клубня удается получить не более 10-15 микрорастений. Данный исходный материал проходит повторное тестирование на наличие скрытой зараженности. Свободные по результатам диагностики линии in vitro черенкуют, и часть микрорастений (10-15) поступают для формирования банка in vitro на основе БЗСК, остальные — для клонального микроразмножения, включения в семеноводческие программы и производства исходного материала в виде микрорастений.
Преимущество применяемого метода отбора базовых клонов с использованием многократного улучшающего отбора и ускоренного размножения оздоровленного исходного материала картофеля состоит в систематическом мониторинге качества сорто- образцов в полевых питомниках БЗСК и в культуре in vitro. Главным критерием оценки материала по сравнению с проведением отбора в питомниках первичного семеноводства (традиционный метод) является применение непрерывного многократного улучшающего отбора в питомниках БЗСК в сочетании с высокочувствительными диагностическими методами оценки материала на наличие фитопатогенной инфекции и получении здорового клубневого материала.
Получение здорового исходного материала на основе БЗСК и его ускоренное клональное микроразмножение в культуре in vitro позволяет с максимальной эффективностью поддерживать биологический потенциал сортов картофеля, сохранять типичность сортов на том уровне, на котором они были созданы селекционерами, и производить необходимый объем пробирочного материала для оригинального семеноводства.
В 2011 г. во время проведения Международной научно-практической конференции, посвященной 80- летию ВНИИКХ (12-14 июля), была осуществлена независимая экспертная оценка качества сортов и линий in vitro из БЗСК. Оздоровленный исходный материал ВНИИКХ в виде микрорастений был протестирован по шести основным вирусам картофеля представителями европейской компании Bioreba (Швейцария). Данная компания является одной их ведущих на европейском рынке по производству оборудования, реактивов и диагностике сельскохозяйственных культур на наличие патологий различного происхождения. По результатам проведенной экспертизы весь набор протестированных сортов и линий in vitro (94 образца) оказался свободным от вирусной инфекции. Проведенная экспертная оценка позволяет приравнивать полученный исходный материал из БЗСК к категории предбазисного (Pre-Basic Seed) семенного материала по стандарту ЕЭК ООН.
Проведение лабораторного тестирования ИФА по листовым пробам в период вегетации микрорастений и послеуборочного зимнего клубневого контроля мини-клубней подтвердило высокое исходное качество производимого материала. По результатам диагностики исследуемые партии оказались свободными от вирусной инфекции.
В 2011 г. полученный урожай мини-клубней использовали для закладки питомника первого полевого поколения. Контроль качества производимой высокой категории семенного картофеля в период вегетации растений подтвердил надежное качество исходного материала, полученного на основе БЗСК.
Результаты исследований отражают преимущество применяемого метода отбора базовых клонов в полевом питомнике БЗСК с использованием многократного улучшающего отбора и ускоренного размножения оздоровленного исходного материала на основе БЗСК в культуре in vitro. Внедрение данного элемента технологии в семеноводство позволяет обеспечивать систематический мониторинг качества сортообразцов в полевых питомниках, в культуре in vitro и на первых этапах размножения семенного картофеля в оригинальном семеноводстве.
Использование микроспорофита в качестве единицы размножения
Потенциальные возможности вегетативного способа размножения клубней практически безграничны и лимитируются лишь факторами времени и возможностями материальной базы для процессов регенерации растений из частей клубня или побега, укоренения эксплантантов в субстрате и вегетации полученных организмов при формировании нового урожая.
Для изучения возможности укоренения непосредственно в субстрате элементов морфологии клубня, обладающих малой массой и размерами, нами были проведены опыты с апексами, протоспорофитами и микроспорофитами.
В качестве контроля использовали этиолированные ростки длиной 15-20 мм, у которых были сформированы корешки длиной 2-5 мм и более. Для получения апексов срезали верхушки этиолированных ростков длиной 4-5 мм и массой 0,03-0,09 г.
Протоспорофит получали посредством отчуждения зачатка бокового этиолированного побега с участком покровных тканей и основной паренхимы коры этиолированного побега предыдущего порядка. На протоспорофите отсутствовали корешки или корневые бугорки. Масса протоспорофита 0,05-0,2 г.
Микроспорофит получали так же, как и протоспорофит, однако в отличие от протоспорофита он имел 1-5 и более корешков длиной от 1 до 3 мм. Масса микроспорофита 0,09-0,3 г.
Анализируя качественные характеристики по- беговых фрагментов, представленных апексами и протоспорофитами, можно сказать, что они являют собой промежуточное звено между технологиями регенерации частей растений in vitro и укоренения ростковых микрофрагментов непосредственно в субстрате. Как исходный материал для культуры меристем они обладают слишком большими размерами (около 5 мм) и массой (0,05-0,2 г). Если же целью является размножение уже освобожденного от инфекции материала, то эффективность использования апексов и протоспорофитов слишком низка, так как их приживаемость непосредственно в субстрате (0,50,8%) не может быть признана достаточной для получения положительных конечных результатов. Попытки укоренения апексов и протоспорофитов показали, что длительность процесса формирования корневой системы превышает возможности поддержания их жизнеспособности. Недостаточное поступление влаги из субстрата приводит к увяданию, а затем высыханию тканей, что в итоге завершается их отмиранием. Увеличение же влажности воздуха создает гораздо большую опасность в связи с началом быстрого процесса побурения и загнивания паренхимных тканей стеблевой части апекса и протоспорофита.
Некоторые модификации микроспорофита обладают повышенной жизнеспособностью. При устойчивом функционировании даже одного корешка после высадки в субстрат у микроспорофита происходит быстрое формирование корневой системы. Анализ особенностей онтогенеза микроспорофитов показал, что после укоренения они обладали практически одинаковыми свойствами независимо от исходных данных (количества имеющихся корешков). Вместе с тем именно процесс укоренения качественно разделял исходные формы по их потенциальным возможностям.
Для ускоренного размножения возможно использование росткового микрофрагмента (микроспорофита), представляющего собой отделенный от этиолированного ростка зачаток бокового побега с участком покровных тканей и основной паренхимы коры этиолированного побега предыдущего порядка массой 0,09-0,3 г. Модификационный вариант микроспорофита с 5 и более корешками длиной от 1 до 3 мм обладает повышенной жизнеспособностью. За счет возможности получения большого количества микроспорофитов от одного материнского клубня коэффициент размножения превышает 1:300.
Ярусный способ размножения
Исследование проведено на опытном участке кафедры растениеводства ИСХПР НовГУ. Способ основан на стимуляции ветвления базовых ростков клубня картофеля до посадки с последующим увеличением зоны столоно- и клубнеобразования. Для подготовки клубней их апикальную часть надрезают и обрабатывают раствором тиомочевины. Проращива-
ние проводят в темноте при температуре 14-16°С и относительной влажности воздуха 90-95%. При формировании на базовых этиолированных ростках первого порядка 3-4 узлов проводят отчуждение апексов, что стимулирует ветвление побегов.
После посадки клубни присыпают перегнойной землей слоем 10 см, а по достижении высоты побегов 21-25 см над уровнем перегнойной земли побеги присыпают питательным субстратом разной плотности.
Подсыпку повторяют несколько раз по мере достижения высоты побегов 21-25 см над уровнем субстрата.
При подсыпке оставляют свободными над поверхностью субстрата вершины побегов длиной 1-5 см, а плотность субстрата уменьшают с каждой подсыпкой.
За счет многократного подсыпания субстрата происходит формирование клубней на вегетативных побегах растения, при этом коэффициент размножения в опытном варианте увеличивается до 30,9 против 21,7 на контроле.
Увеличение коэффициента размножения семенных клубней в производственных условиях за счет использования агротехнических приемов
Для увеличения коэффициента размножения на семенных участках применяют загущенную посадку клубней. Раннее удаление наземной массы способствует снижению инфицированности клубней, а также увеличивает удельный выход семенной фракции. За счет проведения сеникации можно в 1,6-1,7 раза увеличить количество клубней семенной фракции. В наших опытах с проведением предуборочной обработки максимальный эффект был получен с применением в качестве сениканта 30%-го раствора аммофоса (рис.2).
Существенно значимым показателем эффективности выращивания семенного картофеля является выход с гектара клубней семенной фракции не только в массе, но и в количественном выражении. Общее количество клубней, полученных на гектаре посадок, зависит от вида предуборочной обработки. Так, при проведении скашивания за 10 дней до уборки остановка в прибавлении массы привела к тому, что некоторые клубни достигли к моменту проведения обработки размеров и массы семенной фракции, в то время как на контроле рост их продолжался до параметров крупной (продовольственной) фракции.
В варианте с проведением обработки растений картофеля 30%-м настоем суперфосфата за 30 дней до уборки, а также при использовании в качестве се- никанта 30%-го раствора ЖКУ и 30%-го раствора аммофоса общее число клубней по сравнению с контролем возросло на 56,7-127,6 тыс. на одном гектаре. Некоторые зачатки клубней за счет интенсификации оттока пластических веществ из листьев и стеблей и вследствие этого быстрого роста увеличились в массе до параметров фракции мелких клубней (фуражной). По этой же причине часть клубней из фуражной фракции увеличила массу до фракции семенной.
Применение модульной технологии ускоренного размножения клубней картофеля при прочих равных условиях позволяет получить нужное количество посадочного материала в более короткие сроки и, следовательно, снизить уровень поражения клубней патогенами.
Анисимов Б.В. Качество семенного картофеля — на уровень мировых стандартов: Информ. бюл. М.: МСХ РФ, 2000. 20 с.
Шпаар Д., Иванюк В., Шуман П., Постиков А. и др. Картофель. Минск : ФУА информ, 1999. С.211-213.
Карманов С.Н., Коршунов В.П. Пути интенсификации картофелеводства. М., 1988. С.16-26.
Коршунов А.В., Анисимов Б.В. Семеноводство картофеля, контроль качества и сертификации / Россельхозака- демия, ВНИИКХ. М., 2003. 291 с.
Анисимов Б.В. Сортовые ресурсы и передовой опыт семеноводства картофеля. М.: Росинформагротех, 2000. 148 с.
Жукова М.И. Борьба с вирусными болезнями в Белоруссии // Защита и карантин растений. 1998. №6. С.19-20.
Муромцев Г.С. Биотехнология в растениеводстве // Селекция и семеноводство. 1990. №4. С.2-9.
Трофимец Л.Н., Анисимов Б.В., Меличенко Г.И. Развитие безвирусного семеноводства картофеля // Селекция и семеноводство. 1990. №4. С.44-49.
Поспиши П.Ф. Методы биотехнологии в растениеводстве // Междунар. агропром. журн. 1989. №3. С.91-95.
Коршунов А.В. Картофелеводство должно развиваться интенсивно // Картофель и овощи. 1997. №2. С.2-4.
Волкова Р.И., Бурова В.В., Курлович М.М. Технология производства элиты картофеля, оздоровленного методом апикальных меристем // Разработки и совершенствование методов селекции первичного семеноводства картофеля: Сб. науч. тр. ЛСХИ. Л., 1988. С.110-114.
Ключевые слова: картофель, сорт, in vitro, миниклубни.
Khodaeva V.P. 1 , Kulikova V.I. 2
1 ORCID: 0000-0003-1447-6141,
2 ORCID: 0000-0002-6204-7555, PhD in Agriculture, Associate professor,
Kemerovo Research Institute of Agriculture – Branch of SFRCA of RAS, Kemerovo, Russia
The work was supported within the framework of the integrated plan of scientific research (KPNI) “Development of breeding and seed production of potatoes” of the Kemerovo Agricultural Research Institute – a branch of SFRCA of RAS.
PROPAGATION OF CARBOHYDRATE RAW MATERIAL OF POTATO IN ORIGINAL SEED FARMING
Abstract
The article presents the results of 2016-2017 on the research of productivity and quality of the raw material of Nevsky, Lubaw, Tuleevsky, Kuznechanka, Tanay and Kemerovchanin potato varieties. As the result of the analysis of growth and development parameters of plants in vitro with microcologic reproduction, a tendency of increasing the number of interstices, biomass and root lengths in potato varieties with higher plant height was revealed. The multiplication factor for three cuttings was as follows: Nevsky (control) – 2,3; Lubava – 2.2, Tuleevsky – 1.8, Kuznechanka – 1.6, Tanai – 1.7 and Kemerovchanin – 1.9. The calculation of economic efficiency showed the greatest value of the original tubers of Nevsky – 1584.8 rubles and Kuznetschanka – 1460.8 rubles, which gave the maximum number of tubers from the area of m 2 – 44.0-48.0 pcs./m 2 and a large yield of the seed fraction – 59.7-62.1%. The quality meeting the requirements of GOST R 53136-2008 “Seed Potato. Specifications” is determined by the method of immunoassay analysis on the latent defeat by viruses and bacteriosis of potato varieties Nevsky, Lubaw, Tuleevsky, Kuznechanka, Tanay and Kemerovchanin.
Keywords: potato, variety, in vitro, minitubers.
Картофель был и остается незаменимой сельскохозяйственной культурой многоцелевого использования. Современные сорта картофеля должны обладать высокими потребительскими качествами, комплексной устойчивостью к болезням и неблагоприятным абиотическим факторам среды, быть технологичными для механизированного выращивания [1, С. 22]. Но одним из главных показателей востребованности сорта, является его продуктивность. Даже сорт с высокими потребительскими показателями может в производстве не обеспечить высоких урожаев, если качество семян низкое. Только здоровый посадочный материал способен реализовать биологический потенциал сорта [2, С. 7], [3, С. 60].
В зависимости от ступени размножения семенной картофель подразделяют на 3 основных категории: оригинальный, элитный и репродукционный. Каждая, которая подразделяется на классы, которые характеризуются строго регламентированными показателями сортовой чистоты и состояния здоровья по растениям и клубням [4, С. 231], [5, С. 119].
Основным звеном системы семеноводства картофеля в настоящее время по-прежнему остается производство высококачественного исходного материала, которое включает создание и поддержание коллекций здоровых сортов на основе меристемно-тканевой культуры, клональное размножение микрорастений, выращивание миниклубней и диагностика фитопатогенов на всех этапах [6, С. 72].
Получение достаточного количества исходного материала картофеля в культуре in vitro, питомниках миниклубней позволяет обеспечить в достаточном количестве оригинальными семенами категории супер-суперэлита картофелепроизводителей и повысить уровень продуктивности [7, С. 173].
В связи с тем, что Кемеровский НИИСХ – филиал СФНЦА РАН ведет оригинальное семеноводство с сортами картофеля, включенными в Государственный реестр селекционных достижений по 10-му региону Невский, Любава, Тулеевский, Кузнечанка, Танай и Кемеровчанин всесторонняя оценка исходного материала является актуальной.
Цель исследований
Оценить качество и продуктивность исходного материала картофеля в оригинальном семеноводстве.
Условия и методика исследований
Исследования проведены в 2016-2017 гг. в лаборатории селекции, биотехнологии и агротехники картофеля Кемеровского НИИСХ – филиала СФНЦА РАН, путем постановки опытов в лабораторных (культура in vitro) и полевых (питомник мини-клубней) условиях. Объекты исследования: сорта картофеля Невский (контроль), Любава, Тулеевский, Кузнечанка, Танай и Кемеровчанин.
Результаты и обсуждения
В процессе ускоренного размножения оздоровленных исходных микрорастений картофеля перед каждым микроклональным черенкованием проводится отбор лучших, сильных растений. Неразвитые, плохо сформированные растения выбраковываются, что снижает коэффициент размножения [8, С. 68].
Важным показателем, обеспечивающим высокий коэффициент размножения исходных растений, является хорошо сформированные междоузлия. У сортов Любава, Тулеевский, Кузнечанка и Кемеровчанин количество междоузлий на уровне контроля 8,0-9,4 шт./раст., достоверное снижение на 1,8 шт./раст. отмечено у сорта Танай (НСР05 = 1,0) (табл. 1).
Таблица 1 – Рост и развитие растений картофеля в культуре in vitro, (среднее)
Одним из показателей хорошего развития микрорастений является их высота. При микроклональном размножении максимальная высота растений 15,5-17,1 см у сортов Любава, Тулеевский и Кузнечанка, что достоверно превышает контроль на 14,4-29,5 %.
Общее развитие зеленой массы микрорастений влияет на приживаемость черенков, пересаженных на питательную среду. Наибольшую массу листьев и стеблей – 520 мг сформировали растения сортов Любава и Тулеевский, что превысило контроль на 13,0 %.
Развитая корневая система позволяет развиваться полноценным растениям. Оценка выявила, что у сортов Кузнечанка и Танай максимальное количество корней 16,8 и 20,4 шт./раст. соответственно. Достоверное снижение по количеству корней отмечено у сорта Тулеевский на 4,6 шт./раст. (НСР05 = 4,3). Длина корней сортов Любава, Тулеевский, Кузнечанка, Танай и Кемеровчанин находилась на уровне контроля. Существенное превышение отмечено по массе корней микрорастений у сортов Любава, Тулеевский, Кузнечанка, Танай от 45,5 % до 190,9 %.
В результате анализа показателей роста и развития растений in vitro отмечена тенденция увеличения количества междоузлий, биомассы растения, и длины корней у сортов картофеля с большей высотой растений.
В банке здоровых сортов картофеля (БЗСК) поддерживается 6 оригинальных сортов в 20 линиях (табл. 2).
Таблица 2 – Ускоренное размножение оригинальных сортов картофеля в культуре in vitro
В зимний период проводили наращивание исходного материала в культуре in vitro. Необходимое количество исходных растений зависит от потребности в данном сорте для дальнейшего производства оригинальных семян, за три черенкования получено 875 хорошо развитых растения.
Растения in vitro сортов картофеля высаживали в торфяной субстрат (культура in vivo) и во 2-й декаде июня в открытый грунт питомника миниклубней.
Проведенные исследования в питомнике миниклубней показали, что сорта Танай и Кемеровчанин, достоверно превышали контроль по развитию биомассы: высоте растений на 31,6-96,9 %, количеству стеблей на 20,0-40,0 % и массе стеблей на 51,7-228,3 % (табл. 3).
Таблица 3 – Продуктивность рассадных растений картофеля в питомнике миниклубней (среднее)
Высокой массой исходных клубней с куста характеризовались сорта Любава – 410 г и Кузнечанка – 456 г. У сортов Любава, Кузнечанка, Танай и Кемеровчанин увеличена масса одного клубня в 1,3-2,3 раза.
Основной показатель эффективности производства исходного материала картофеля является выход исходных клубней с единицы площади [9, С. 20]. Наибольшее количество исходных клубней получено у сортов Невский (контроль), Любава, Тулеевский, Кузнечанка – на один куст 6,1-7,2 шт./раст. и на 1 м 2 – 40,6-48,0 шт.
Оценка элементов структуры урожая исходных клубней картофеля выявила, что сорта Любава, Тулеевский, Кузнечанка формировали количество семенной фракции на уровне контроля 52,5-62,1 % (контроль 59,7 %) (рис. 1).
У сортов Танай и Кемеровчанин снижено количество семенной фракции на 9,7-21,4 % в сравнении с контролем (НСР = 8,0), но при этом увеличено количество крупной фракции на 16,1 5 и 24,3 % в сравнении с контролем (НСР = 6,1).
Рис. 1 – Структура миниклубней
Примечание: * – для сортов картофеля с удлиненной формой клубня
При расчете экономической эффективности стоимость исходных клубней составляла: мелкие – 24 руб., семенные – 40 руб., крупные – 24 руб. Расчёт экономической эффективности показал, чем больше клубней с единицы площади и в структуре урожая – семенной фракции, тем выше стоимость исходных клубней и полученная прибыль. Так наибольшая стоимость исходных клубней с единицы площади 1584,8 руб. и 1460,8 руб. получена у сортов с максимальным количеством клубней с м 2 – 44,0-48,0 шт./м 2 и выходом семенной фракции – 59,7-62,1 % Невский (контроль) и Кузнечанка (таб. 4).
Таблица 4 – Экономическая эффективность получения исходных клубней картофеля
Примечание: * – для сортов картофеля с удлиненной формой клубня.
Определяющим фактором эффективности производства оригинального семенного материала картофеля является его качество [10, С. 28], [11, С. 186]. Оценка на скрытое поражение вирусами и бактериозами проводится на всех этапах производства.
Выводы
Таким образом, при микроклональном размножении сортов картофеля Невский (контроль), Любава, Тулеевский, Кузнечанка, Танай и Кемеровчанин растения in vitro с хорошими биометрическими показателями за три черенкования позволили получить 875 растений in vitro с коэффициентом размножения 1,9.
Список литературы / References
Список литературы на английском языке / References in English
Вы можете добавить книгу в избранное после того, как авторизуетесь на портале. Если у вас еще нет учетной записи, то зарегистрируйтесь.
Ссылка скопирована в буфер обмена
Вы запросили доступ к охраняемому произведению.
Это издание охраняется авторским правом. Доступ к нему может быть предоставлен в помещении библиотек — участников НЭБ, имеющих электронный читальный зал НЭБ (ЭЧЗ).
Если вы являетесь правообладателем этого документа, сообщите нам об этом. Заполните форму.
Картофель (Solanum tuberosum L.) – четвертая по значимости культура в мире после кукурузы, риса и пшеницы, которая культивируется для прямого потребления, производства продуктов переработки, таких как чипсы или картофель фри, для индустриального производства крахмала и его производных, а также в качестве корма для животных. Картофель – одна из ведущих сельскохозяйственный культур в нашей стране, входит в число основных продуктов питания у населения.
В структуре посевных площадей на долю картофеля приходится 43% всех земель, занятых для выращивания плодоовощной продукции. Посевные площади картофеля в Казахстане составляют около 170 тыс. га и сосредоточены в Северо-Казахстанской, Восточно-Казахстанской, Алматинской и Акмолинской областях. Ежегодно в республике производится около 2,76 млн тонн картофеля. Урожайность культуры составляет около 160 ц/га. Низкая урожайность связана с тем, что картофель сильно повреждается вирусной инфекцией.
Картофель относится к основному виду Solanum tuberosum L. семейства Solanaceae, является многолетним травянистым растением, но в культуре его используют как однолетнее, так как весь его жизненный цикл, начиная от прорастания и до образования и развития новых клубней, проходит в один вегетационный период. Размножают картофель вегетативным путем – клубнями, ростками, черенками. Размножение семенами, в основном, происходит при выведении новых сортов.
Картофель является одним из важнейших продуктов питания. В его клубнях содержится много крахмала, а также имеется белок, жир и другие вещества, которые необходимы человеку. В клубнях сосредоточено особенно много витамина С, а также витамины А, В1, В2, В6, Р, D, РР, Н и К.
Клубни картофеля содержат намного больше питательных веществ, чем другие овощные культуры, и поэтому благоприятны для обитания многих патогенных микроорганизмов, поражающих ботву в период вегетации и клубни при хранении. Одной из причин широкого распространения вирусных болезней является то, что картофель относится к вегетативно размножаемым культурам. Из-за поражения вирусами снижается урожайность многих ценных сортов картофеля в 2-2,2 раза, из-за этого они снимаются с производства. Ни у одной из полевых культур качество семенного материала, особенно поражаемость болезнями, не сказывается так сильно на урожае, как у картофеля. Согласно данным Организации по сельскохозяйственным вопросам и продовольствию при ООН (ФАО), мировые потери урожая картофеля от болезней ежегодно составляют около 90 млн тонн. Наиболее вредоносными из всех типов болезней являются вирусные болезни картофеля, которые могут привести к полной потере урожая.
Известно 30 видов вирусов, которые поражают эту культуру. Вирусы, паразитирующие на картофеле, нарушают метаболизм в клетках растения-хозяина и вызывают необратимые изменения, которые приводят к поражению паренхимных тканей листьев и стеблей, а также сосудов флоэмы. В растениях, пораженных вирусной инфекцией, нарушается жизнедеятельность клетки, образуется большое количество вирусных частиц, что приводит к резкому усилению или подавлению физиологических процессов, вызывающих истощение или гибель клеток. У зараженных вирусом растений, усиливается транспирация, снижается поглотительная способность корней, в связи с этим, растения не могут эффективно использовать влагу и минеральное питание.
В настоящее время в Казахстане наибольшее распространение получили вирусы картофеля PVX, PVY, PVS, PVM и PLRV. Наиболее распространены такие вирусные болезни как полосчатая мозаика, закручивание листьев, крапчатая мозаика, столбурное увядание и готика. При поражении вирусами происходит вырождение картофеля, ухудшение пищевой и сырьевой ценности клубней, что приводит к снижению урожайности на 20-80%.
Одна из основных задач, которая стоит сегодня перед картофелеводами республики, – это повышение урожайности данной культуры при использовании оздоровленного семенного материала. В хозяйствах постепенно осваиваются современные методы ведения элитного семеноводства с применением биотехнологических методов оздоровления сортов от вирусных инфекций, клонального размножения растений, а также с использованием различных технологий массового получения безвирусных мини-клубней в качестве исходного материала для элитного семеноводства картофеля.
При использовании биотехнологических методов в первичном семеноводстве для оздоровления посадочного материала от вирусной инфекции, в основном, используют апикальную меристему (меристема, закладывающаяся на верхушке побега и корня; апикальные меристемы обеспечивают рост растения в длину – прим.ред.).
Оздоровление посадочного семенного материала картофеля состоит из следующих этапов:
— подготовка клубней для вычленения апикальных меристем;
— вычленение апикальных меристем;
— микроклональное размножение пробирочных растений;
— выращивание растений в теплице на аэропонных и гидропонных установках для получения мини-клубней;
— получение первой репродукции безвирусного материала в открытом грунте;
— размножение безвирусного посадочного материала в питомниках размножения.
Сотрудниками лаборатории биотехнологии и селекции растений Национального центра биотехнологии Республики Казахстан с 2004 года проводится работа по получению безвирусного семенного материала картофеля биотехнологическими методами для повышения урожайности этой культуры.
Известно, что вирусные болезни поражают картофель, но они слабо развиваются в верхушечных точках роста – апикальных меристемах. В своей работе для получения безвирусных пробирочных растений ученые использовали метод апикальной или верхушечной меристемы. Верхушечную меристему размером около 100-200 мкм выделили из ростков клубней картофеля. Перед этим предварительно провели термотерапию – проращивали клубни картофеля в термостате при температуре 37 о С в течение трех недель. В результате проращивания, в темноте появлялись этиолированные проростки, из которых вычленили апикальную меристему 6 районированных в Акмолинской области сортов картофеля (Шагалалы, Фреско, Фирменный, Кокчетавский ранний, Невский и Казахстанский) в количестве 89 пробирочных растений. После этого культивировали апикальные меристемы в питательной среде Мурасиге и Скуга.
Полученные меристемные растения были протестированы на вирусную инфекцию методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) и иммуноферментного анализа (ИФА). При использовании методов ПЦР и ИФА можно выявить вирусную инфекцию уже при первом тестировании меристемных растений и дальше не проводить микрочеренкование зараженных линий.
Диагностика меристемных линий картофеля на содержание вируса методом ПЦР включала следующие этапы:
— реакцию обратной транскрипции – синтез к ДНК;
— ПЦР-амплификацию специфической последовательности;
— визуализацию продуктов ПЦР.
При анализе меристемных линий картофеля с праймерами к вирусу PVX в положительном контроле амплифицировался (амплификация – увеличение числа копий ДНК – прим.ред.) продукт с длиной ампликона 250 п.н. Протестированные меристемные линии картофеля не содержали данный фрагмент, что показало отсутствие вируса PVХ в данных линиях. В протестированных методом ПЦР пробирочных растениях не были обнаружены вирусы PVX, PVY, PVS, PVM. Эти линии в дальнейшем размножали для получения пробирочных растений картофеля.
Также методом ИФА протестировали 80 меристемных линий сортов картофеля, районированных в Акмолинской области (Шагалалы, Фреско, Фирменный, Кокчетавский ранний, Невский и Казахстанский), в основном, в образцах были обнаружены вирусы PVM и PVS, из них 56 меристемных линий были чистыми от вирусной инфекции. Эти чистые линии в дальнейшем микроклонально размножали и высаживали в пленочную теплицу и аэропонную установку.
Меристемные линии были микроклонально размножены для получения мини-клубней двумя методами – высадка пробирочных растений в пленочную теплицу и аэропонную установку (рис. 1).
Микроклонально размноженные растения выращивали в пробирках на световой установке с регулируемым светопериодом: 16 часов – день, 8 часов – ночь. В результате микроклонального размножения получено 2 508 пробирочных растений.
По разработанной технологии было проведено выращивание безвирусных пробирочных растений, в которых водообеспечение и минеральное питание осуществлялось за счет циркуляции питательного раствора по емкостям системы, где происходило периодическое орошение корневой системы, а в паузах между подачей раствора обеспечивалась аэрация (рис. 4).
В аэропонной установке растения картофеля выращивались в три этапа: 1 этап – укоренение и интенсивный рост надземной биомассы; 2 этап – рост надземной биомассы и индукция клубнеообразования; 3 этап – интенсивное клубнеобразование, сбор мини-клубней кондиционного размер. Для каждого этапа культивирования были подобраны уникальные параметры.
В настоящее время проводится внедрение технологии по производству элитных семян картофеля, оздоровленных от вирусной инфекции биотехнологическими методами в Акмолинской области.
Читайте также: